NeoFronteras

Levaduras evolutivas y levaduras rejuvenecidas

Área: Biología — miércoles, 29 de junio de 2011

Las levaduras son un buen modelo de laboratorios que nos permiten, por ejemplo, saber sobre la evolución de multicelularidad o sobre el rejuvenecimiento.

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Las levaduras, además de proporcionarnos pan, cerveza o vino, son un buen modelo de laboratorio para investigaciones en varios campos de la Biología. Otros modelos son la bacteria E. coli, el nematodo C. elegans, la planta A. thaliana o la mosca de la fruta y el ratón. En este artículo vamos a ver dos estudios en los que se han usado levaduras para estudiar aspectos que afectas a otros seres vivos. En el primero se trata de estudiar la aparición de la multicelularidad por selección artificial y en el segundo se ha tratado de desentrañar las claves del alargamiento de la vida de en este tipo de organismo y su posible aplicación a otros.

Uno de los misterios que la historia de la vida es cómo se consiguió que aparecieran los seres multicelulares. Durante miles de millones de años sólo hubo microorganismos sobre la Tierra y después aparecieron seres multicelulares. Incluso se calcula que la multicelularidad ha aparecido independientemente 20 veces desde entonces, aunque la última vez se dio hace ya 200 millones de años. No se tienen muchas pistas de cómo pudo darse en el pasado este tipo de proceso.
Crear seres multicelulares no parece sencillo, porque se necesita no solamente agregar juntas a unas cuantas células, sino que además las células que lo componen deben especializarse. Sin embargo, un experimento reciente con células de levadura ha conseguido, en sólo unas pocas semanas, que evolucionen hasta formar algo así como un organismo pluricelular rudimentario con cierta división de papeles entre las distintas células. Esto sugeriría que la aparición por evolución de la multicelularidad no sería tan difícil como a primera vista parece.
William Ratcliff, de la Universidad de Minnesota, y sus colaboradores han dejado evolucionar a unas células de levadura hasta conseguir un organismo unicelular de laboratorio. Para ello cultivaron levaduras en un medio líquido que era centrifugado con cuidado cada día y usando como semillas para el siguiente cultivo a las levaduras que se habían depositado en el fondo. Los agrgados de células tenían más probabilidades de asentarse en el fondo que las células aisladas bajo las fuerzas centrífugas. Día tras día se iban seleccionado aquellas variedades de células con tendencia a agregarse.
Al cabo de 350 generaciones y 60 días todos los cultivos habían evolucionado hacia variedades que se agregaban entre sí formando estructuras similares a los “cristales o copos de nieve”. Estos agregados estaban formados además por células que habían surgido a partir de la división de otras, pero que habían permanecido conectadas después. Eran, por tanto, genéticamente iguales. Este parentesco es necesario para que se dé una cooperación por el bien del conjunto.
Según Ratcliff la clave de la evolución de la pluricelularidad es alcanzar este nivel en el que la selección se da sobre el grupo y no sobre células individuales. “Una vez que ocurre puedes considerar que los agregados son organismos multicelulares primitivos”, añade.
De algún modo los “copos de nieve” obtenidos se comportan como un organismo pluricelular. Crecen por división celular y después, cuando se alcanza cierto tamaño, determinadas partes del copo se parten para formar descendientes. Este ciclo sería similar a los estadios de adulto o joven en los organismos pluricelulares.
Después de unos cientos de generaciones los copos empezaron a mostrar incluso una especialización rudimentaria de sus distintas células. Una vez que el copo alcanzaba el tamaño de adulto algunas de las células sufrían una muerte programada, proporcionando así puntos de debilidad para que los hijos se pudieran desprender. Esto permitía a los copos tener descendencia mientras que todavía retenían capacidad como para decantarse al fondo de la centrifugadora, permitiendo así la supervivencia.
Los distintos linajes de copos fueron expuestos a diferentes presiones evolutivas y evolucionaron a distintas niveles de muerte programada. Como es raro que la muerte de una célula sea una ventaja evolutiva, este es un caso claro de cooperación por el bien de la comunidad, es decir, del organismo. Esta es la clave para que los copos evolucionen como unidades de evolución y no a nivel celular.
Lo maravilloso es que en tiempo real se pueda observar una transición tan importante como ésta en el laboratorio y que además se dé tan rápido.
Los escépticos señalan que las células de levadura producen colonias de forma natural y que sus antepasados fueron seres pluricelulares de decenas, cientos o miles de células hace millones de años. Por tanto, deben de haber retenido parte de esas capacidades que ya tenían en el pasado, como la adhesión celular o la muerte programada.
El grupo de Ratcliff está planificando eliminar ésta y otras objeciones en una próxima serie de experimentos en los que van usar Chlamydomonas, que es un alga unicelular que nunca tuvo antepasados pluricelulares. Además quieren seguir con el experimento de las levaduras para estudiar más aspectos de la división del trabajo celular.

Las células humanas sólo se pueden dividir un determinado número de veces. Más allá de cierto límite simplemente mueren. Sin embargo, este límite no se da en las células reproductivas, que pueden dividirse sin límite tanto en un joven de 20 años como en un hombre de 80.
Se desconoce cómo se da este mecanismo de inmortalidad en las células humanas, pero un grupo de investigadores del MIT ha dado con un gen que parece controlar este proceso en las levaduras. Es más, activando este gen en células de levadura envejecidas fueron capaces de doblar su habitual esperanza de vida. Si las células humanas estuvieran controladas de la misma manera se podría tener un sistema de rejuvenecimiento o un sistema de producción de células madre pluripotentes.
Angelika Amon dice que si se pueden identificar los genes que invierten el envejecimiento se podría empezar a desarrollar sistemas que los expresen en células normales.
Los científicos ya sabían que las células envejecidas de levadura parecían diferentes a las jóvenes (estas células tienen una vida de unas 30 divisiones). Los cambios relacionados con el envejecimiento incluyen la acumulación de trozos extras de ADN, agregados de proteínas y estructuras anormales en los agregados de proteínas y ácidos nucleicos del núcleo celular. Pero no se sabía si estos síntomas eran realmente importantes en el proceso de envejecimiento. Se sabía que todo eso pasaba pero no se sabía si eso mataba finalmente a la célula o hacía que enfermara. Según Amon nadie sabe lo que realmente es el envejecimiento.
Cuando una célula de levadura se reproduce sufre una meiosis que produce esporas. Este grupo de investigadores descubrió que los signos de envejecimiento desaparecían al final de la meiosis, sufriendo un proceso de rejuvenecimiento real.
Más tarde encontraron que el gen NDT80 se activaba justo cuando se producía este rejuvenecimiento. Cuando estos investigadores activaron artificialmente este gen en células envejecidas que ya no se reproducían vieron que vivían el doble de lo normal. Es decir, a partir de una célula vieja se conseguía una célula “joven”.
En estas células rejuvenecidas el único signo de envejecimiento que no desaparecía eran algunos cambios acaecidos en el núcleo celular. Esto sugiere, según Amon, que los agregados de proteínas y ácidos nucleicos del núcleo celular son la fuerza principal en el proceso de envejecimiento.
El próximo desafío será descubrir los mecanismos celulares que controlan estos cambios.
La proteína producida por el gen NDT80 es una factor de trascripción lo que significa que activa otros genes. Este grupo está ahora investigando los genes diana de NDT80 que son los que realmente realizan el proceso de rejuvenecimiento.
También están planeando estudiar los efectos de NDT80 en el gusano C. elegans y sus análogo p63 en ratones. Los humanos también tienen p63, gen que está emparentado con el gen p53 que nos protege del cáncer y que se encuentra en espermatozoides y óvulos.
Es una pena que no se consiga pronto un avance de este tipo en seres humanos. Probablemente un elixir de la eterna juventud sea imposible, pero un rejuvenecedor y doblador de esperanza de vida no estaría nada mal.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3541

Fuentes y referencias:
New Scientist.
Nota de prensa del MIT.
Foto: Eye of Science/SPL.

Actualización:
Más referencias sobre levaduras evolutivas:
Nota de prensa.
Artículo original.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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17 Comentarios

  1. Miguel Angel:

    Estimado Neo:

    Otro pasito hacia la extensión de la vida…la pregunta del millón es cuanto tiempo pueden tardar en producirse resultados y es lógico que genere impaciencia en muchos de nosotros (o tristeza si pensamos que no llegaremos a verlo). No podemos saberlo con exactitud, aunque algunos expertos como Aubrey de Grey hablan de que puede ser cuestión de algo menos de 30 años.
    ¿Llegaremos a tiempo?

    Personalmente hago el esfuerzo (no tan grande) de ver el vaso medio lleno: quizás no lleguemos a tiempo, pero tenemos alguna posibilidad… una posibilidad sin la cual han tenido que vivir y morir todos nuestros ancestros.

    A propósito del tema, me gustaría recordar que envié un correo electrónico (creo que fue a principios de este año) proponiendo un artículo de colaboración sobre el trabajo de Aubrey de Grey, he dejado pasar un tiempo razonable (supongo que tienen ustedes muchas ocupaciones), pero aún no he recibido respuesta. Si no lo recibió o se ha extraviado se lo puede volver a enviar.

    Saludos/abrazos

  2. NeoFronteras:

    Estimado Miguel ángel:
    Dudo mucho que esos avances los podamos ver pronto y si se dan probablemente no sean aplicables a personas adultas. Quizás se pueda mejorar las condiciones de vida o incluso alargar un poco la misma, pero no mucho más. Además, antes de llegar a esos avances y muchos otros, el ser humano se autodestruirá de un modo u otro. A este paso al mundo tal y como lo conocemos no le quedan ya ni 50 años.

    Sobre lo que comenta del email, entre tantos como se reciben quizás pasó desapercibido. De todos modos ya no se aceptan colaboraciones fuera del círculo habitual ya que en el pasado generó problemas.

    Un saludo

  3. Miguel Angel:

    Estimado Neo:

    En cuanto a lo de no aceptar colaboraciones fuera del círculo habitual no hay ningún problema por mi parte, ya que en está página tengo la oportunidad de hablar sobre el tema que propuse en esta otra sección.

    Le propongo modificar el contenido de la sección PARTICIPACIÓN de la web.

    Muchas gracias por la atención que me/nos dispensa.

  4. Miguel Angel:

    Acerca de la “extensión de la vida”:

    Evidentemente, el plazo de unos 30 años que da Aubrey de Grey está en el límite de la viabilidad, dado el número de pasos que hay que seguir hasta ensayar una nueva terapia en humanos. Eso sin contar con los posibles fracasos que suelen producirse cuando navegamos por aguas poco conocidas (me viene a la memoria las 300 o 400 intentos de construir la bombilla por parte de Edison hasta dar en el clavo).

    También evidente que si se invierten mas recursos estaremos mas cerca del logro. En este sentido la “Fundación Matusalem” tiene destinado un premio de 4.2 millones de dólares para el ganador del concurso “ratón matusalem” que premiaría al equipo que logre aumentar significativamente la esperanza de vida de un ratón: un premio sustancioso en el mundo de la Ciencia, pero una ridiculez al lado de lo que se gasta en una Olimpiada…

  5. JOrge:

    El que el premio sea tan jugoso da una idea de lo complejo de la empresa. Podemos a lo sumo con la ciencia actual contar con una vejez vigorosa y buenas probabilidades de pasar de los 80a y llegar cerca de los 100. Ya nos parece baladí pero es un gran avance.

    Simplemente aún no sabemos como envejecemos o por que nuestro límite de vida está alrededor de los 100a.

    En cuanto al “fin del mundo” Neo tengo mentalidad de sobreviviente. Prefiero estar comiendo soylent green en una ciudad abarrotada y calurosa que muerto. Te reconozco, eso si que vamos hacia el desastre…

  6. NeoFronteras:

    Alargar la vida un poco es muy fácil. Basta con de fumar y comer porquerías.
    Y tener una altísima calidad de vida se vislumbra en horizonte para los aún no nacidos. Se podrían modificar embriones humanos para eliminar todas las enfermedades genéticas y en unas pocas generaciones erradicarlas.

  7. NeoFronteras:

    Estimado Jorge:
    El soylent green no es sostenible termodinámicamente. Y es verdad que la supervivencia del ser humano es posible, pero no del mundo tal y como lo conocemos, ni de la civilización.
    Quizás algunos son salvemos, pero siempre será a costa de los demás. Puestos en situación límite solamente la barbarie permite sobrevivir. Por desgracia.

  8. JOrge:

    Neo como médico te digo que llevar a alguien a su limite genético de vida es una tarea bien difícil. Implica mucho mas que no fumar y comer porquerías aunque empezar por ahí no es mala idea. Un porcentaje apreciable de los infartados, por ejemplo no tienen factores de riesgo previos. La medicina moderna es tan compleja pues se enfrenta a algo que apenas empezamos a entender: Nuestro propio organismo. La verdad este conocimiento fragmentario y parcial siguen haciendo de la medicina algo mas parecido al accionar de los Shamanes que el de los científicos básicos, así usemos todo lo que podamos tomar de estos últimos.

    Claro que no podemos vivir de galletitas de cadáveres nada mas pero puede convertirse en una opción de reciclaje ;-) solo te digo que si alguien me ofrece vivir varios siglos afrontaré el riesgo.

  9. Miguel Angel:

    “Cuando tu nazcas,
    abre los ojos,
    toma la vida
    es para tí
    un mundo entero
    para que juegues,
    para que crezcas
    libre y feliz,
    todo un planeta
    entre tus manos,
    para que vivas
    libre y feliz
    cuando tu nazcas
    ojalá puedas ver el sol
    y si aun existe el mar
    tan azul como duerme hoy
    y que la lluvia salte
    pura sobre tu piel
    que aún sople el viento
    y que juegues con él
    y que la nieve caiga
    blanca por navidad
    cuando tu nazcas
    que nazcas en paz
    Ojalá que puedas conocer
    los veranos que he vivido yo
    y esos viejos libros que guardé
    pensando en tí hijo mio
    que aún exista el dulce olor a pan
    ojalá que quede para tí
    un mundo como el mio
    que la Luna siga siempre ahí
    vuelen las estrellas sobre tí
    ojalá te quede todavía
    un mundo como el mio”

  10. Miguel Angel:

    Cuidemos La Tierra.

    P.D.:Es la letra de la canción “Cuando tu nazcas” de “Mocedades”.

  11. JOrge:

    Gracias Miguel, cuestiones así son mejor captadas desde el arte :-)

  12. Miguel Angel:

    Estimado JOrge:

    Nos espera un calentamiento del planeta que parece fuera de duda (los computadores tienen escaso margen de error cuando se trata de predecir el clima general del planeta), empezará a ser evidente cuando nos acerquemos al 2030 y máximo hacia el 2050, una crisis muy larga que hemos promocionado nosotros solitos con nuestras emisiones de CO2.

    En lo que también estamos de acuerdo, es que estamos a tiempo de tomar medidas para minimizar los daños de esta crisis venidera.

    Saludos/abrazos

  13. tomás:

    Estimado Miguel Angel:
    Según mi percepción, el calentamiento que nos espera, salvo que sea descomunal, lo que no se calcula, es en mi lista la menos importante de las causas y efectos. Por delante están la insoportable superpoblación o la contaminación de todo tipo con sus secuelas de falta de alimento. Aun así también creo, como tú, que tenemos cierto tiempo -no mucho- para minimizar los males que se avecinan. Pero ya ves el camino que llevamos: la crisis económica pretende resolverse con más desarrollo y ello conlleva más población, más actividad contaminante, etc. Así que perderemos ese tiempo.
    Un cordial saludo.

  14. NeoFronteras:

    Probablemente Tomás tenga razón. Antes de que llegue el cambio climático ya habremos destruido el mundo tal y como lo conocemos. En 20 años habrán desaparecido todas las selvas y arrecifes de coral, por sólo citar unos ejemplos. La biodiversidad estará irreversiblemente dañada para entonces.
    No llegamos a 2050.
    Pero antes de que llegue ese fin, una vez los recursos escaseen, nos dedicaremos a organizar guerras, algo que no se ha dejado de hacer desde el fin de la segunda guerra mundial.
    Naturalmente que hay soluciones que se podrían aplicar, pero no parece que lo vayamos a hacer.

  15. Miguel Angel:

    Parece desazonador porque la “resistencia al cambio” ocurre tanto a nivel cerebral o individual como a nivel social o político. Dicho de otro modo: ni los gobiernos quieren cambiar, ni tampoco las personas a nivel individual: Yo diría que en el caso de los gobiernos no quieren y no pueden (¿quién es el guapo que va a abrir fuego y tocar un derecho tan “inalienable” como el derecho a la paternidad?)

    A nivel individual también tenemos mucho camino por andar: hay un “spot” publicitario que dice “porque yo lo valgo”… menos egocentrismo y menos antropocentrismo… tal vez ha llegado el momento de cambiarlo por “porque La Tierra lo vale”.

  16. tomás:

    Tienes toda la razón, estimado Miguel Angel. Yo conozco a una jovencita que se aplica el “spot” siempre que le apetece y con ello justifica cualquier capricho. Es la frase más idiota posible desde el punto de vista de una economía modesta, pero su efecto publicitario es enorme: con él puede gastarse lo que no se tiene.
    Hablas del derecho a la paternidad -o maternidad, por supuesto y con mayor derecho biológico-. Muchas mujeres, si no todas, he observado que tienen un tremendo deseo de ser madres. Las conozco que temen que se les pase la edad, en estos tiempos en los que el trabajo les hace retrasar esos planes. Debe ser un impulso vital, consustancial a sus hormonas que tanto influyen en la mente.
    En cuanto a los políticos… Yo que me siento quiceemeista o, más concretamente indignado además de agobiado, creo que hay que darle la vuelta al sistema cual si fuera un calcetín. No es tolerable que medio millón de niños estén muriendo de hambre en el Cuerno de África. Tampoco que los padres de la patria tengan el único acuerdo por unanimidad de la legislatura subiéndose los sueldos en la primera sesión. Ni que los altos directivos de las entidades cajero-políticas o bancario-políticas se embolsen cantidades vergonzosamente enormes para premiarse -también se lo merecen- por los problemas que nos han endosado. Pero también nosotros hemos admitido el endoso. Es decir, que hay que repartir las culpas y que devuelva o renuncie cada uno a la parte que toque.
    Así que estamos de acuerdo en que la Tierra se lo merece y también una humanidad responsable. A lo mejor debemos aprender a renunciar a mucho más de lo que creemos.
    Cordiales saludos.

  17. Miguel Angel:

    Decía Carl Sagan: “se está desarrollando una nueva conciencia que contempla a La Tierra como un organismo UNICO y que reconoce que un organismo en guerra consigo mismo está condenado. Somos UN planeta.

    Las posibles soluciones también están en el aire aunque no las queramos ver.

    Abrazos

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